CLauto酷乐汽车 07-26
真·赛车技术,保时捷全新混动系统,源自F1
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Author / 酷乐汽车

虽然保时捷并没有明确表示全新发布的 911 Carrera GTS 的 T-Hybrid 动力系统是受 F1 赛车启发而开发的,但其设计概念确实与 F1 赛车技术非常相似。相反的是,现在许多汽车制造商都宣称他们的车型受到了赛车启发,但最后被证明只是广告宣传。

如今的赛车可以说是高度专业化的机械设备,赛车与相对的公路车关联越来越少。不过保时捷却可以自豪地说,旗下最新的混动 911 确实源于赛车技术。

911 新 T-Hybrid 系统的开发面临的挑战与十年前许多赛车团队面临的问题相同。

2014 年,F1 和 LMP1 分别引入了新的引擎规定,限制燃油流量,具体规定引擎每小时可以使用多少燃油。即将到来的 Euro 7 排放法规也在严格控制燃油与排放。但问题是如何在减少燃油使用的同时保持良好的性能?

答案是,采用新的混动系统。

保时捷曾计划重返 F1 赛场,并为此打造并测试了一款与 F1 规则兼容的引擎,这本可以成为其 2021 年参赛计划的基础。

保时捷自近三十年前退出 F1 以来,一直考虑重新进入这项世界顶级的赛车运动,同时还参与了 2021 年及以后的 F1 新引擎规则制定过程。然而,当保时捷母公司大众集团决定取消其 WEC LMP1 项目并转向电动方程式 Formula E 时,保时捷的 F1 前景宣告终结。

与此同时,简化和降低成本的 F1 引擎前景也未能实现。

保时捷赛车运动负责人弗里茨 · 恩辛格表示,在退出 LMP1 之前,保时捷已经开始研发一款与 F1 规则相匹配的六缸引擎。此前,他们在 LMP1 项目中使用了一款 2.0 升四缸引擎并取得了巨大成功。

他表示,2017 年时有迹象表明 F1 规则将发生变化,不再要求从排气气体中回收能量(MGU-H),从 2017 年起,保时捷成为 FIA 制造商委员会的成员,参与关于 2021 年后 F1 未来策略的讨论,并出席了相关会议。

保时捷从其 LMP1 项目中抽调了 40 人的团队来开发上述这款六缸引擎,2017 年时,保时捷明确表示这款引擎将不会用于 WEC 项目,因为保时捷决定在规则改变后退出 WEC。

自 1991 年与 Footwork 车队合作引擎项目失败以来,保时捷就再未参与过 F1。恩辛格透露,这款六缸引擎已经在测试台上完成运行,目前由 20 至 25 名技术人员进行分析和其他相关任务。

尽管最终未能参赛,但保时捷依然通过这次研发积累了宝贵的经验,并展示了其在高效引擎领域的技术实力。保时捷选择转向电动方程式,这不仅符合当前汽车行业的电气化趋势,也使得他们能够在新的竞技环境中继续展现其创新能力和技术优势。

回到 T-Hybrid 动力系统,保时捷将新的 3.6 升水平对置六缸引擎与直接连接到曲轴的电动机以及一个大型电动涡轮增压相匹配,这两者由安装在行李箱中的 1.9 千瓦时电池驱动,该电池取代了以前的 12 伏启动电池。

从概念上讲,这与 F1 动力系统非常相似,同时也受到保时捷 919 LMP1 勒芒赛车的影响。

保时捷的目标是让引擎尽可能多地以所谓的 Lambda=1 模式运行,即理想的空气燃油比为 14.7:1。保时捷在 2015 年勒芒胜利时,919 V4 引擎就以 Lambda=1 运行。到 2017 年,该车甚至可以以高达 1.3 的 Lambda 值运行,即每 1 份燃油配 19.1 份空气。

F1 前首席技术官 Pat Symonds 在 2022 年的一场演讲中解释道,F1 涡轮 V6 混动单元常规运行就在 Lambda=1.3 或 1.4。

T-Hybrid 系统在概念上更接近于 F1 动力系统,911 的电动涡轮可以算是一个热能动能回收系统(MGU-H),而连接到引擎的电动机则是动能回收系统(MGU-K)。

电动涡轮增压类似于传统的涡轮增压,但在连接涡轮和压缩机轮的轴上有一个电动机。在 911 中,涡轮的电动机本身产生 14.7 马力,可以加速涡轮以补偿排气滞后,或给涡轮制动。

这使得保时捷和供应商 BorgWarner 能够抛弃传统的废气旁通阀,并在限制增压时使用电动机作为发电机。

在新的 911 GTS 中,涡轮有自己的电力逆变器,因此它可以通过制动涡轮回收的能量直接发送回电池或发送到夹在引擎和变速箱之间的电动机。保时捷的原厂赛车手 Jorg Bergmeister 表示涡轮在回收能量的同时仍可以为水平对置六缸引擎增压。

保时捷的主要目标是开发一个尽可能轻量化的动力系统,这就是为什么他们没有选择带有更大电池的插混系统。使用一个大型涡轮增压比使用两个小型增压节省了很多重量,但这也带来了问题。

为了解决这个问题,电动化是不二选择,因为它可以回收本应浪费掉的热能,从而显著提高热效率。

新的 3.6 升水平对置六缸引擎是一个全新设计,尽管它仍属于 2009 年首次亮相的 9A 引擎家族。在一个减小排量的时代,保时捷为其增加到了 3.6 升,缸径为 97 毫米,行程为 81 毫米。

保时捷将火花塞和燃油喷射器的位置调换,以帮助燃油雾化。

保时捷的混动系统比市场上任何其他混动系统都要轻。

电动机本身产生 53.6 马力和 140Nm 的扭矩,用于弥补低转速的涡轮迟滞,并在高转速下提供更线性的动力输出。电动机还可以进行一些再生制动,减轻后刹车的负担, 不过 911 仍然使用传统刹车踏板,只连接到液压制动系统。

每次驾驶员踩下油门踏板,汽车都会将其解释为一个扭矩请求,并根据多个不同的因素,结合使用涡轮、电动机和引擎,以提供所需的动力。在运动模式下,电动涡轮在重刹车时会提前旋转,当驾驶员重新加速时,涡轮会在达到目标增压压力时制动,回收的能量可以直接发送到电动机或储存在电池中。

总之,尽管系统复杂,但驾驶员并不会感到这些变化,Hofstetter 表示,该车的控制单元管理着一切,这就是赛车技术应用于公路车的真实写照。通过这种复杂而智能的系统,保时捷在应对减少排放和燃油消耗的需求时,展示了其卓越的工程能力。

这不仅是对赛车技术的运用,更是对未来公路汽车的创新。

保时捷给予新动力系统的目标是双重的 —— 设计一个尽可能轻的系统,新款 GTS 的目标整备质量略高于 1588 公斤,美国规格车型比其前代车型重约 47 公斤,发动机在所有速度下都能以理想的空燃比 14.7:1 运行,以符合更严格的欧洲法规。

而这台车刚推出时,就有外媒将它带到了西班牙南部,在安达卢西亚山脉和 Ascari 赛道上体验了这款新的 992 车型。

起初这台 GTS 混动车型在发动机启动瞬间,牵引电机接管了传统启动器的职责,而在低转速高档位时,偶尔会有一种瞬时扭矩的感觉,这是非混动 911 车型所没有的。

在实际驾驶过程中,你很难察觉整套混动系统在做什么,就跟上述描述一样,该混动引擎几乎不断地在牵引电机、涡轮增压和电池之间传输电能,中控屏幕上有一个显示能量流动的图表,其运转的很快。

所以当你驾驶这台车时,你会体验到出色的油门响应以及绝对的速度,这台车的加速非常迅猛,没有其他高性能混动跑车能有那种巨大的电动扭矩,但这同时也是平滑而强大的即时动力输出。

这套动力系统倒不像是自然吸气发动机,因为 Carrera GTS 的扭矩太强大了,但它也不像传统的涡轮增压发动机,因为发动机响应非常好。它介于两者之间,并且完全是独一无二的。

当发动机转速达到 5000 转时,牵引电机会强力介入,使 GTS 的水平对置六缸发动机像一台出色的自然吸气发动机一样苏醒过来,弥补涡轮增压在高转速下的不足。

真正反映这一点的是涡轮增压的声音,在 Sport Plus 模式下,车辆在脱离油门和刹车时会更积极地让涡轮增压转动,发出声音。在高速刹车并降档进入弯道时,你会听到涡轮增压的嗡嗡声随着电机加速而变得尖锐。

除此之外,在你加速和减速时,它会发出喘气和嘶嘶声。

在底盘方面,新车感觉与上一代 Carrera GTS 非常相似,保时捷将新车的后轮胎宽度增加了 10 毫米,达到 315 毫米,与 Turbo 车型相同,因此也更换了一些悬挂组件。新发动机稍微窄了一些,这使得保时捷能够在更窄的车身下安装更大的轮胎,而额外的动力和扭矩也要求如此。

保时捷可选的动态底盘控制(PDCC)主动防倾杆现在也采用 400 伏系统,因此工作更快更精确。

总体来说,911 GTS 的制动和转向表现一如既往地出色,其进入弯道时非常敏捷,牵引力也很强大。悬挂行程不多,但阻尼性能出色。这是一款可以立即上手的车,可以激发在山路上驰骋的信心。

与许多混动跑车不同,911 Carrera GTS 使用传统的制动系统,踏板仅直接连接到刹车,但在制动时,牵引电机则进行再生制动,不过你几乎感觉不到。

保时捷的混动系统比其竞争对手的系统轻得多,这有效地满足了提高性能和响应能力的需求,同时应对更严格的法规。

总之,这款混动 911 感觉不同于之前的 Carrera GTS,确实像是一辆混动车型。然而这更是保时捷第一款真正无妥协的高性能混动车型。

最重要的是,它仍然感觉像是一辆 911。

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